WO2004077177A1 - Verfahren und vorrichtung zum sicherheitsabschalten von elektroantrieben - Google Patents

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WO2004077177A1
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redundant
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sensors
evaluation
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Andreas Kruschinski
Frank Demelius
Ronald Kleine
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Gottwald Port Technology GmbH
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    • B66C15/00—Safety gear
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    • B66C15/065—Arrangements or use of warning devices electrical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/54—Safety gear
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B9/00—Safety arrangements
    • G05B9/02—Safety arrangements electric
    • G05B9/03—Safety arrangements electric with multiple-channel loop, i.e. redundant control systems

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for safety shutdown of electric drives, in particular frequency-controlled three-phase crane motors, in which signals from at least one sensor, which detects the movements caused by the electric drive, are compared in an evaluation unit with a preselected limit value and via the Evaluation unit for providing the function of a limit switching element in the event that the preselected limit value of the electric drive is exceeded.
  • the centrifugal switch switches off the hoist at a predetermined overspeed and puts its brake into operation.
  • the disadvantage of this design is that the hoist is only switched off when a relatively high maximum speed can take place because different, even higher speeds are driven in load operation.
  • the overspeed is only detected when the set maximum speed is reached using the centrifugal switch. This can result in the fact that at maximum load and load-dependent driving, i.e. when driving at low speed and high weight, the shutdown is delayed unnecessarily long due to overspeed, with the risk that the large load that accelerates unintentionally in the meantime is very difficult to stop ,
  • gear limit switches are used, which detect the revolutions of the hoist drum and cause a limit switch if only the required minimum number of windings on the rope drum is left when the rope is unwound.
  • electromechanical limit switches are arranged, for example, on the axis of a crane to limit the travel of crane trolleys or gantry cranes. These limit switches often have several switching cams and are actuated by means of a mechanical driver at a specific position on the crane runway for the crane trolley or the gantry crane when this position is approached.
  • the switch performs a rotating movement. If the driver is now moved over the cross roller switch with a quick movement, it can be turned or switched over. The expected clear switching signal is then not recognized, and several signal states may be reported in succession. Further disadvantages are the high expenditure of time in the adjustment of these limit switches with their drivers in relation to the position and the switch hysteresis.
  • the electric drive consists of an AC or three-phase network
  • Asynchronous motor equipped with a braking device.
  • Asynchronous motor is connected to a tachometer, the impulses of one
  • Speed control device are supplied.
  • the speed control device acts on the asynchronous motor via a frequency converter and controls or monitors the asynchronous motor in such a way that the maximum speed is limited for different loads in such a way that a dangerous load movement occurs
  • interlocks are defined as controls that serve comfort and possibly support safety circuits.
  • Safety circuits are understood to mean interlocks which serve to ensure the stability of a crane and to protect people. If necessary, an inevitable shutdown of the energy supply to the respective drive of the
  • Crane system causes. If the inevitable signal of a limit switch is processed in an electronic control, an error is recognized there accordingly, which is then reported or leads to the drive being switched off.
  • two redundant programmable logic controllers in addition to the actual control for the safety circuits Bus system are also connected to redundant sensors.
  • the sensors are used to record distance, load or speed signals. This control and security system thus works with redundant electronic detection and redundant electronic evaluation of the signals from the sensors. The resulting switching off of the drive or
  • a brake is not switched on redundantly but only via one of the two programmable logic controllers.
  • the object of the present invention is to provide a method and a device for the safety shutdown of electric drives, in particular of frequency-controlled ones
  • Three-phase crane motors to create in which, while maintaining the safety function, faults in the electric drive are recognized without delay regardless of the travel or lifting speed and used to switch off the electric drive.
  • Embodiments of the method and the device are specified in subclaims 2 to 4 and 6 to 16.
  • Malfunctions of the electric drive are detected without delay regardless of the driving or lifting speed and used to switch off the electric drive by redundantly recording the signals from the sensors and comparing them redundantly with pre-selected limit values in evaluation units so that mechanical limit switches are not used in the event of If the preselected limit value of the electric drive is exceeded, safety shutdown is redundant becomes.
  • Limit switching elements understood mechanical limit switches such as gear limit switches, mechanical centrifugal switches and mechanical travel limit switches.
  • the present invention can be used with any type of controlled or regulated electric drives which are driven with direct, alternating or three-phase current.
  • a further optimization of the security is achieved in that the signals of the redundant sensors are assigned to the respectively assigned redundant evaluation units and evaluated there, and if the respective signals of the sensors differ from one another, the electric drive
  • Safety shutdown elements is safety shutdown.
  • the particular advantage of the invention is that the two parts of the evaluation unit work according to the principle of mutually checking the logical decision made in each case.
  • the logically positive state i.e. the release of the electric drive, is only maintained with the mutual consent of the evaluation units.
  • the logically positive state is terminated on its own, that is, without the mutual consent of the evaluation units.
  • Each individual part of the evaluation unit can therefore force a termination.
  • both evaluation units check their "live" status and thereby their communication connections.
  • This method is particularly suitable in the embodiment that the rotational speed of a body moved by the electric drive, in particular a cable drum and / or an impeller, is recorded via redundant sensors and the position of the body moved by the electric drive, in particular a cable drum, via further redundant sensors and / or an impeller.
  • a device for safety shutdown of electric drives with at least one sensor that detects the movements caused by the electric drive, with an evaluation unit that processes the signals of the sensor for comparing the signals of the sensor with a preselected limit value and for safety shutdown of the electric drive in providing the function of a Limit switching elements in the event of the preselected limit being exceeded, failures of the electric drive are recognized without delay, while maintaining the safety function, and used to switch off the electric drive by the sensors and the evaluation unit being provided redundantly and one of the redundant ones in each case Sensors is assigned to one of the evaluation units, in the evaluation units the signal of the sensors is compared with the preselected limit values and of which the preselected if the value is exceeded limit value without the use of mechanical limit switches the electric drive is redundantly switched off.
  • Evaluation units are connected to one another via a communication link for mutual monitoring, the signals of the respective redundant sensors are compared in the respectively assigned redundant evaluation units, and the evaluation units if the respective signals of the sensors differ from one another by the electric drive
  • Safety shutdown elements It also serves as security that the redundant evaluation units are connected to one another via a communication link for mutual monitoring and, in the event of a deviation of their shutdown signals from one another, safely shut down the electric drive by means of safety shutdown elements.
  • first redundant sensors for detecting the speed of a body moved by the electric drive in particular a cable drum and / or an impeller, are assigned to the body and second redundant sensors for detecting the position of the body moved by the electric drive, in particular a rope drum and / or a
  • Impeller the body are assigned.
  • the required category 3 according to European safety EN954.T1 is met with simple means of a safety circuit, and without the use of a mechanical centrifugal switch recognized as disadvantageous, solely by redundant speed monitoring.
  • a further embodiment provides that at least two absolute value encoders for redundant position detection are assigned to the electric drive on the output side.
  • the evaluation units continuously update the absolute position values of a route or a rope's winding / unwinding path and constantly compare the values stored in the evaluation units with the actual values of a route or a rope's winding / unwinding path Approximation of the currently by the evaluation units
  • Absolute value encoder supplied actual position values to the position value defining the end of the travel path or the winding / unwinding path of a rope, the evaluation units reduce the switching points on their switch-off curves in proportion to this approach. This enables sensitive, precise switching off of the axis movement.
  • a pulse generator on the drive side and at least one pulse generator on the output side is assigned to the body, the drive-side pulse generator and the output-side pulse generator are each connected to an evaluation unit, in each of the evaluation units, which is redundant and continuously via
  • the redundant speeds of the body axis are calculated and compared with a value of an overspeed stored in the evaluation unit for safety shutdown of the hoist electric drive.
  • the body has a Cable drum and the values of the overspeed as a function of the load to be lifted are stored in the evaluation units.
  • a particularly simple mutual checkability of the evaluation units is achieved in that the evaluation units are designed redundantly in function and hardware.
  • the evaluation units can advantageously be combined in a single fail-safe evaluation unit.
  • the redundancy used throughout is also obtained in that the sensors are each connected to a transmitting unit, and each of the transmitting units is connected via a separate transmission path to a respective receiving unit, which in turn is connected to the associated evaluation unit.
  • the two evaluation units constantly update the absolute position values of the two absolute value transmitters and compare the current actual position values with position setpoints of the travel path that are permanently stored in the evaluation units. The failure of an absolute encoder is recognized and reported, the electrical one
  • the safety circuit may be switched off.
  • FIG. 1 shows a schematic circuit arrangement of a safety circuit for an electric drive designed as a traction motor of a bridge crane
  • Figure 2 is a schematic circuit arrangement of a safety circuit for an electric drive designed as a hoist motor
  • Figure 3 shows a safety circuit according to Figure 2 in an alternative embodiment.
  • Safety circuit for a traction motor of a bridge crane Electric drive 12 shown. This circuit arrangement is of course also transferable to a trolley drive.
  • the connection between the device controller 3 and the converter 1 for entering the travel commands is indicated by the line 6.
  • the evaluation units for the position of the crane or its driven body in the form of a wheel block 11 are designated 2.1 and 2.2.
  • the evaluation units 2.1 and 2.2 are each independent computer units. Each of these units 2.1 and 2.2 consists of a power supply unit for the power supply, a CPU for processing logic commands, a memory for storing the program commands, input and output modules for processing signals and
  • a second absolute encoder 8.2 which detects the position of the crane, is added to the output side, parallel to the movement of the axis of the wheel block 11, in addition to an existing absolute encoder 8.1. grown.
  • These absolute value transmitters 8.1, 8.2 can be arranged, for example, as a transponder arranged along the route and an im
  • Absolute encoders 8.1 and 8.2 deliver continuous measured values along a traveled route. These measured values are proportional and continuous and can be used for length measurement or position determination.
  • the evaluation units 2.1 and 2.2 simultaneously query the status of the actuators for the power converter 1 and the safety circuits in order to ensure the safe function of the
  • This redundant position detection, evaluation and shutdown structure meets the requirements of category 3 according to EN954.T1, ie the failure of an encoder 8.1 or 8.2 is recognized, reported and, if necessary, the movement of the axis of the wheel block 11 driven by the motor 12 via the transmission 10 by switching off of the motor 12 ended by safety shutdown elements 16, 17. Every single error in the encoder circuits is recognized.
  • Feedback 5.1 and 5.2 from the actuators for the converter 1 into the two parts of the evaluation unit 2.1 and 2.2 also ensures the single fault safety.
  • the actuator or contactor switches an actuating coil by means of a control voltage, which opens or closes the actual active circuit. Depending on the design of an actuator, it is referred to as an NC or NO contact.
  • the converter 1 controls the electric motor and regulates its running behavior. By processing current and voltage, the converter 1 always provides the correct moments and speeds for the electric motor.
  • the evaluation units 2.1 and 2.2 constantly update their absolute position values by means of the two absolute value transmitters 8.1 and 8.2.
  • the currently arriving position actual values are compared with the position value of the web end that is stored in these evaluation units. When the values are approximated,
  • the evaluation units 2.1 or 2.2 reduce the switching points on their switch-off curves in proportion to this approximation. If the values are the same, the evaluation units 2.1 or 2.2 set the value to zero independently of further switching levels or other logical states, so that the
  • Both parts of the evaluation unit 2.1 and 2.2 work according to the principle of mutual checking 4 of the logical decision made in each case and the logically positive state, that is to say the release for moving the axis of the
  • Wheel blocks 11 are only maintained with mutual consent 4 of the evaluation units ("undation").
  • the termination of the logically positive state is carried out on its own, that is to say without the consent of the evaluation units 2.1, 2.2.
  • Each individual part of the evaluation unit 2.1 or 2.2 can therefore force a termination on its own (“ORing").
  • FIG. 2 shows a schematic circuit arrangement of a safety circuit for an electric drive 12 designed as a hoist motor.
  • 1 denotes a power converter
  • the converter 1 controls the hoist motor 12 designed as a frequency-controlled three-phase motor and regulates its running behavior. By processing current and voltage, the converter 1 always provides the correct moments and speeds for the hoist motor 12. About the converter 1 is also
  • Load measurement of the load raised or lowered by the hoist motor 12 by means of a current consumption comparison Since the current is continuously measured in the converter 1 and this is proportional to the raised load, the current can be standardized to a load weight and thus the load weight can be determined. An arrangement of an additional sensor on the hoist would also be possible for the load measurement.
  • 2.1 and 2.2 denote two evaluation units which receive their feedback 5.1 and 5.2 from the actuators of the converter 1.
  • the evaluation units 2.1 and 2.2 are each independent computer units. Each of these evaluation units 2.1 and 2.2 consists of a power supply unit
  • a CPU for processing logic commands
  • a memory for storing the program commands
  • input and output modules for processing signals and measured variables
  • an internal communication bus that connects the CPU, storage medium and input and output modules.
  • Both evaluation units 2.1 and 2.2 are constructed identically. Communication and comparisons between the evaluation units 2.1 and 2.2 are indicated with the communication link 4.
  • 7.1, 7.2 and 7.3 are pulse generators of the hoist.
  • the pulse generators 7.1 and 7.2 are designed as pulse encoders or incremental encoders, which deliver continuously increasing or decreasing measured values of the rotation from the hoist axis, ie the shaft of the hoist motor or the output shaft of the transmission 10 or the shaft of the cable drum 9. These measured values are proportional and continuous and are used to determine the speed.
  • paths could also be measured via the pulse generators 7.1 and 7.2.
  • the measured values of the pulse generators 7.1 and 7.2 are volatile, that is, after voltage recovery, is newly recorded or counted without but to know the old value that existed before the voltage was switched off.
  • the absolute encoder 8.1 and 8.2 are numbered redundant absolute encoders that are used for position monitoring of the hoist axis.
  • the absolute encoder 8.1 and 8.2 are numbered redundant absolute encoders that are used for position monitoring of the hoist axis.
  • the hoist has a cable drum 9 which is driven by the hoist motor 12 via a gear block 10.
  • the absolute encoders 8.1 and 8.2 are assigned to the transmission block 10.
  • a third pulse generator 7.3 is mounted on the output side of the hoist axis on the transmission block 10 in addition to the pulse generator 7.2 provided on the drive side.
  • Pulse generator groups 7.1 and 7.2 also processed by the evaluation units 2.1, 2.2. This is where the speed is determined on the hoist axis, which was recorded in conventional state-of-the-art safety systems with the conventional centrifugal encoder. The speed which is calculated redundantly over the increments of the two pulse generators 7.1, 7.2 is compared with one another and with the value of the overspeed at 4 stored in the evaluation units 2.1, 2.2. The overspeed is stored in the evaluation units 2.1, 2.2 as a function of the load to be lifted by the hoist. As described above, the load on the hoist is determined via the converter 1 via a current measurement or corresponding sensors, so that in the
  • Evaluation unit 2.1, 2.2 each the previously defined overspeed for the current load can be called up.
  • the evaluation units 2.1, 2.2 switch off the actuator for the converter 1 of the hoist via the safety shutdown elements 16, 17 and stop the axial movement of the cable drum 9.
  • the safety shutdown elements 16, 17 are designed as contactors.
  • This redundant incremental encoder 7.1, 7.2 and absolute encoder assembly 8.1, 8.2 for a hoist with cable drum 9, gear block 10 and hoist motor 12 meets the requirements of category 3 according to the European approval EN954.T1 for hoists.
  • the failure of an encoder 7.1, 7.2, 8.1, 8.2 leads to the detection of the faulty condition, it is reported immediately and leads to the lifting axis being switched off by the safety shutdown elements. Every single error in the encoder groups 7.1, 7.2, 8.1, 8.2 is processed.
  • FIG. 3 shows the safety circuit according to FIG. 2 in an alternative embodiment. Essentially, reference can therefore be made to the description of FIG. 2. Only the differences are described below.
  • the evaluation units 2.1, 2.2 are combined here to form a single fail-safe evaluation unit 2.1, which completely takes over the functions of the evaluation units 2.1, 2.2 and the communication link 4. Furthermore, the sensors 7.1, 7.2, 8.1, 8.2 are not connected directly to the evaluation units 2.1, 2.2, but rather each to a transmitter unit 13.1, 13.2. Each of the
  • Transmitting units 13.1, 13.2 are connected via a single transmission path 15.1, 15.2 to a respective receiving unit 14.1, 14.2, which in turn are connected to the associated evaluation unit 2.1.
  • a single safety shutdown element 16 is sufficient.

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Abstract

Um ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sicherheitsabschalten von Elektroantrieben, in dem unter Beibehaltung der Sicherheitsfunktion Störungen des Elektroantriebs unabhängig von der Fahr- bzw. Hubgeschwindigkeit verzögerungsfrei erkannt und zum Abschalten des Elektroantriebs genutzt werden, wird in Bezug auf das Verfahren vorgeschlagen, dass die Signale der Sensoren (7.1, 7.2, 8.1, 8.2) redundant erfasst werden und in Auswerteeinheiten (2.1, 2.2) redundant mit vorgewählten Grenzwerten verglichen werden, so dass ohne Verwendung von mechanischen Endschaltern für den Fall der Überschreitung des vorgewählten Grenzwertes der Elektroantrieb (12) redundant sicherheitsabgeschaltet wird.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM SICHERHEITSABSCHALTEN VON ELEKTROANTRIEBEN
Verfahren und Vorrichtung zum Sicherheitsabschalten von Elektroantrieben, insbesondere von frequenzgesteuerten Drehstrom-Kranmotoren
Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sicherheitsabschalten von Elektroantrieben, insbesondere von frequenzgesteuerten Drehstrom- Kranmotoren, in dem Signale von mindestens einem Sensor, der die von dem Elektroantrieb bewirkten Bewegungen erfasst, in einer Auswerteeinheit mit einem vorgewählten Grenzwert verglichen werden und über die Auswerteeinheit zur Bereitstellung der Funktion eines Endschaltelements für den Fall der Überschreitung des vorgewählten Grenzwertes der Elektroantrieb sicherheitsabgeschaltet wird.
Bei Hubwerken von Hebezeugen ist mit hoher Zuverlässigkeit eine Sicherung gegen das Abstürzen der Last beim Auftreten mechanischer Hubwerkfehler erforderlich. Aus diesem Grund sind auch vom Gesetzgeber umfangreiche
Sicherheitsmaßnahmen vorgeschrieben, wie sie beispielsweise in der Europäischen Zulassung EN954.T1 für Hubwerke festgelegt sind. Zur Erreichung des hohen Sicherheitsstandards der EN954.T1 , Kategorie 3 werden derzeit bei Kranen Wegbegrenzer, wie beispielsweise Getriebegrenzschalter, Inkrementalgeber zur Drehzahlregelung des Antriebs, sowie Fliehkraftschalter zur Feststellung von
Überdrehzahlen der Hubwerkstrommel vorgesehen. Der Fliehkraftschalter schaltet bei einer vorbestimmten Überdrehzahl das Hubwerk ab und setzt dessen Bremse in Betrieb.
Nachteilig bei diesem Aufbau ist es, dass das Abschalten des Hubwerks nur bei einer relativ hohen Maximaldrehzahl erfolgen kann, weil im Lastbetrieb verschiedene, auch höhere Geschwindigkeiten gefahren werden. Wenn aber das Hubwerk lastabhängig mit verschiedenen Geschwindigkeiten arbeitet, wird unter Nutzen des Fliehkraftschalters die Überdrehzahl nur bei Erreichen der eingestellten maximalen Geschwindigkeit erkannt. Daraus kann es sich ergeben, dass bei maximaler Last und lastabhängigem Fahren, also beim Verfahren mit geringer Geschwindigkeit und hohem Gewicht die Abschaltung durch Überdrehzahl unnötig lange verzögert wird, mit der Gefahr, dass die sich zwischenzeitlich ungewollt beschleunigende große Last nur sehr schwer zu stoppen ist.
Als weitere Endschalter zur Sicherheitsabschaltung eines Kranhubwerkes kommen üblicher Weise sogenannte Getriebegrenzschalter zum Einsatz, die die Umdrehungen der Hubwerkstrommel erfassen und eine Endabschaltung bewirken, wenn beim Abwickeln des Seiles nur noch die erforderliche Mindestanzahl von Wicklungen auf der Seiltrommel vorhanden ist.
Des Weiteren werden nach heutigem Stand der Technik zur Wegbegrenzung von Krankatzen oder Portalkranen beispielsweise an der Achse eines Kranes elektromechanische Endschaltern angeordnet. Diese Endschalter haben oft mehrere Schaltnocken und werden mittels eines mechanischen Mitnehmers an einer bestimmten Position an der Kranbahn für die Krankatze oder den Portalkran beim Anfahren dieser Position betätigt.
Diese Technik bringt jedoch Nachteile mit sich. Sind bei einer Kranachse mehrere Endschalter vorhanden, beispielsweise wenn mehrere Geschwindigkeitsstufen dieser Kranachse abgeschaltet bzw. überwacht werden müssen, kann dieses zu einer Fehlfunktion führen, wenn der Mitnehmer versagt oder sich verstellt. Ebenfalls kann der Schalter bei hoher Verfahrgeschwindigkeit der Achse "überschaltet" werden, wie das beispielsweise bei Kreuzrollenschaltern möglich ist. Der stationär angebrachte Kreuzrollenschalter wird durch einen beweglichen Mitnehmer betätigt.
Dabei führt der Schalter eine rotierende Bewegung aus. Wird nun der Mitnehmer mit einer schnellen Bewegung über den Kreuzrollenschalter hinweg geführt, so kann dieser überdreht bzw. überschaltet werden. Das erwartete eindeutige Schaltsignal wird dann nicht erkannt, es werden möglicherweise hintereinander mehrere Signalzustände gemeldet. Weitere Nachteile sind der hohe zeitliche Aufwand bei der Justierung dieser Endschalter mit deren Mitnehmern bezogen auf die Position und die Schalterhysterese.
Bei Einsatz von einer schützbasierten Verknüpfungsteuerung und speicherprogrammierbaren Steuerungen kommen als weitere Nachteile der hohe Material- und Verdrahtungsaufwand hinzu, da aus sicherheitstechnischen
Überlegungen heraus sehr oft die Endschalterkontakte parallel verdrahtet werden, um eine "hardwaremäßige" Abschaltung zu gewährleisten.
Aus dem deutschen Patent DE 44 40 420 C2 ist eine Einrichtung zum Überwachen und/oder Steuern der Drehzahl eines Elektroantriebes bekannt. Der Elektroantrieb besteht aus einem an ein Wechsel- oder Drehstromnetz angeschlossenen
Asynchronmotor, der mit einer Bremsvorrichtung ausgerüstet ist. An dem
Asynchronmotor ist ein Drehzahlmesser angeschlossen, dessen Impulse einer
Drehzahlsteuereinrichtung zugeführt werden. Die Drehzahlsteuereinrichtung wirkt über einen Frequenzumrichter auf den Asynchronmotor und steuert beziehungsweise überwacht den Asynchronmotor so, dass für verschiedene Lasten die maximale Drehzahl so begrenzt wird, dass eine gefährliche Lastbewegung durch
Überschreiten des verfügbaren Bremsmomentes verhindert wird und gehobene
Lasten sicher gehalten werden. Üblicher Weise ist zusätzlich aus Sicherheitsgründen ein elektromechanischer Fliehkraftschalter vorhanden, der bei einer voreingestellten maximalen Überdrehzahl auslöst.
Des Weiteren ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 196 12 423 A1 ein Steuer- und Sicherheitssystem für Krananlagen mit mindestens einer Steuerung und zugehörigen Sicherheitsstromkreisen bekannt. Als Steuerungen werden insbesondere Verriegelungen definiert, die dem Komfort dienen und gegebenenfalls Sicherheitsstromkreise unterstützen. Unter Sicherheitsstromkreisen werden solche Verriegelungen verstanden, die der Standsicherheit eines Kranes und dem Schutz der Personen dienen. Über die Sicherheitsstromkreise wird im Bedarfsfalle eine zwangsläufige Abschaltung der Energiezufuhr zum jeweils betreffenden Antrieb der
Krananlage bewirkt. Wird das zwangsläufige Signal eines Endschalters in einer elektronischen Steuerung verarbeitet, wird dort entsprechend ein Fehler erkannt, der dann gemeldet oder zu einer Abschaltung des Antriebes führt. Um bestehende Sicherheitsnormen zu erfüllen, wird vorgeschlagen, neben der eigentlichen Steuerung für die Sicherheitsstromkreise zwei redundante speicherprogrammierbare Steuerungen vorzusehen, die über ein redundantes Bussystem mit ebenfalls redundanten Sensoren verbunden sind. Die Sensoren dienen zur Erfassung von Weg-, Last- oder Geschwindigkeitssignalen. Dieses Steuer- und Sicherheitssystem arbeitet somit mit einer redundanten elektronischen Erfassung und einer redundanten elektronischen Auswertung der Signale von den Sensoren. Die hieraus etwaig resultierende Ausschaltung des Antriebs oder
Einschaltung einer Bremse erfolgt jeweils nicht redundant sondern nur über eine der beiden speicherprogrammierbare Steuerungen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sicherheitsabschalten von Elektroantrieben, insbesondere von frequenzgesteuerten
Drehstrom-Kranmotoren, zu schaffen, in dem unter Beibehaltung der Sicherheitsfunktion Störungen des Elektroantriebs unabhängig von der Fahr- bzw. Hubgeschwindigkeit verzögerungsfrei erkannt und zum Abschalten des Elektroantriebs genutzt werden.
Diese Aufgabe wird durch eine ein Verfahren zum Sicherheitsabschalten von Elektroantrieben, insbesondere von frequenzgesteuerten Drehstrom-Kranmotoren, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst und auch durch eine Vorrichtung zum Sicherheitsabschalten von Elektroantrieben, insbesondere von frequenzgesteuerten Drehstrom-Kranmotoren, mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 und 6 bis 16 angegeben.
Bei dem Verfahren zum Sicherheitsabschalten von Elektroantrieben, insbesondere von frequenzgesteuerten Drehstrom-Kranmotoren, in dem Signale von mindestens einem Sensor, der die von dem Elektroantrieb bewirkten Bewegungen erfasst, in einer Auswerteeinheit mit einem vorgewählten Grenzwert verglichen werden und über die Auswerteeinheit zur Bereitstellung der Funktion eines Endschaltelements für den Fall der Überschreitung des vorgewählten Grenzwertes der Elektroantrieb sicherheitsabgeschaltet wird, werden unter Beibehaltung der Sicherheitsfunktion
Störungen des Elektroantriebs unabhängig von der Fahr- bzw. Hubgeschwindigkeit verzögerungsfrei erkannt und zum Abschalten des Elektroantriebs dadurch genutzt, dass die Signale der Sensoren redundant erfasst werden und in Auswerteeinheiten redundant mit vorgewählten Grenzwerten verglichen werden, so dass ohne Verwendung von mechanischen Endschaltern für den Fall der Überschreitung des vorgewählten Grenzwertes der Elektroantrieb redundant sicherheitsabgeschaltet wird.
Bei diesem vorgeschlagenen Sicherheitsverfahren erfolgt erfindungsgemäß die Steuerung des Elektroantriebes ohne mechanische Endschalter nur durch redundante Signalüberwachung. Fehlfunktionen an mechanischen
Endschaltergeräten und den zugehörigen Komponenten, wie sie eingangs zum Stand der Technik beschrieben wurden, werden somit sicher vermieden. Die zeitaufwendige Einstellung von Endschaltern entfällt.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung werden unter
Endschaltelementen mechanische Endschalter wie Getriebegrenzschalter, mechanische Fliehkraftschalter und mechanische Wegbegrenzungsschalter verstanden. Außerdem ist die vorliegende Erfindung mit jeglicher Art von gesteuerten oder geregelten Elektroantrieben, die mit Gleich-, Wechsel- oder Drehstrom angetrieben sind, einsetzbar.
Eine weitere Optimierung der Sicherheit, wird dadurch erreicht, dass die Signale der redundanten Sensoren jeweils zugeordneten redundanten Auswerteeinheiten zugeführt und dort ausgewertet werden sowie bei einer Abweichung der jeweiligen Signale der Sensoren voneinander der Elektroantrieb durch
Sicherheitsabschaltelemente sicherheitsabgeschaltet wird.
Auch führt zu einer verbesserten Sicherheit, dass die redundanten Auswerteeinheiten sich gegenseitig überwachen und bei einer Abweichung ihrer Abschaltsignale voneinander der Elektroantrieb durch Sicherheitsabschaltelemente sicherheitsabgeschaltet wird.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die beiden Teile der Auswerteeinheit nach dem Prinzip der gegenseitigen Überprüfung der jeweils eigenen getroffenen logischen Entscheidung arbeiten. Der logisch positive Zustand, also die Freigabe des Elektroantriebes, wird nur mit gegenseitiger Zustimmung der Auswerteeinheiten aufrechterhalten. Dagegen wird der Abbruch des logisch positiven Zustande schon alleine, also ohne gegenseitige Zustimmung der Auswerteeinheiten durchgeführt. Jeder einzelne Teil der Auswerteeinheit kann also für sich einen Abbruch erzwingen. Letztlich überprüfen beide Auswerteeinheiten ihren "Live" - Status und dadurch ihre Kommunikationsverbindungen. Besonders geeignet ist dieses Verfahren in der Ausgestaltung, dass über redundante Sensoren die Drehzahl eines von dem Elektroantrieb bewegten Körpers, insbesondere einer Seiltrommel und/oder eines Laufrades, erfasst werden und über weitere redundante Sensoren die Position des von dem Elektroantrieb bewegten Körpers, insbesondere einer Seiltrommel und/oder eines Laufrades, erfasst werden.
Bei einer Vorrichtung zum Sicherheitsabschalten von Elektroantrieben, mit mindestens einem Sensor, der die von dem Elektroantrieb bewirkten Bewegungen erfasst, mit einer die Signale des Sensors verarbeitenden Auswerteeinheit zum Vergleich der Signale des Sensors mit einem vorgewählten Grenzwert und zur Sicherheitsabschaltung des Elektroantriebs in Bereitstellung der Funktion eines Endschaltelements für den Fall der Überschreitung des vorgewählten Grenzwertes, werden unter Beibehaltung der Sicherheitsfunktion Störungen des Elektroantriebs unabhängig von der Fahr- bzw. Hubgeschwindigkeit verzögerungsfrei erkannt und zum Abschalten des Elektroantriebs dadurch genutzt, dass die Sensoren und die Auswerteeinheit redundant vorgesehen sind und jeweils einer der redundanten Sensoren einer der Auswerteeinheiten zugeordnet ist, in den Auswerteeinheiten das Signal der Sensoren mit den vorgewählten Grenzwerten verglichen werden und von denen für den Fall der Überschreitung des vorgewählten Grenzwertes ohne Verwendung von mechanischen Endschaltern der Elektroantrieb redundant sicherheitsabgeschaltet wird.
Eine weitere Sicherheitsverbesserung wird dadurch erreicht, dass die redundanten
Auswerteeinheiten über eine Kommunikationsverbindung zur gegenseitigen Überwachung miteinander verbunden sind, in den jeweils zugeordneten redundanten Auswerteeinheiten die Signale der jeweils redundanten Sensoren verglichen werden und die Auswerteeinheiten bei einer Abweichung der jeweiligen Signale der Sensoren voneinander den Elektroantrieb durch
Sicherheitsabschaltelemente sicherheitsabschalten. Auch der Sicherheit dient, dass die redundanten Auswerteeinheiten über eine Kommunikationsverbindung zur gegenseitigen Überwachung miteinander verbunden sind und bei einer Abweichung ihrer Abschaltsignale voneinander den Elektroantrieb durch Sicherheitsabschaltelemente sicherheitsabschalten. In einer Ausführung ist vorgesehen, dass erste redundante Sensoren für die Erfassung der Drehzahl eines von dem Elektroantrieb bewegten Körpers, insbesondere einer Seiltrommel und/oder einem Laufrad, dem Körper zugeordnet sind und zweite redundante Sensoren zur Erfassung der Position des von dem Elektroantrieb bewegten Körpers, insbesondere einer Seiltrommel und/oder einem
Laufrad, dem Körper zugeordnet sind. Auf diese Weise wird mit einfachen Mitteln einer Sicherheitsschaltung die geforderte Kategorie 3 nach der Europäischen Sicherheit EN954.T1 erfüllt, und zwar ohne den Einsatz eines als nachteilig erkannten mechanischen Fliehkraftschalters, allein durch redundante Drehzahlüberwachung.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass dem Elektroantrieb abtriebsseitig mindestens zwei Absolutwertgeber für eine redundante Positionserfassung zugeordnet sind.
Dadurch, dass die Auswerteeinheiten die absoluten Positionswerte eines Fahrweges oder Ab-/Aufrollweges eines Seils ständig aktualisieren und die in den Auswerteeinheiten fest hinterlegten Werte ständig mit den Istwerten eines Fahrweges oder Ab-/Aufrollweges eines Seils vergleichen, können nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bei Annäherung der momentan durch die
Absolutwertgeber gelieferten Positionsistwerte an den das Ende des Fahrweges oder Ab-/Aufrollweges eines Seils definierenden Positionswert, die Auswerteeinheiten die Schaltpunkte auf ihren Abschaltkurven proportional zu dieser Annäherung verringern. Ein feinfühliges exaktes Abschalten der Achsbewegung wird dadurch ermöglicht.
Besonders vorteilhaft ist, dass ein Impulsgeber antriebsseitig und mindestens ein Impulsgeber abtriebsseitig dem Körper zugeordnet ist, der antriebsseitige Impulsgeber und der abtriebsseitige Impulsgeber je mit einer Auswerteinheit verbunden ist, in jeder der Auswerteinheiten redundant die fortlaufend über die
Inkremente der antriebs- und abtriebsseitigen Impulsgeber die redundant Drehzahlen der Körperachse errechnet und mit einem in der Auswerteinheit hinterlegten Wert einer Überdrehzahl zur Sicherheitsabschaltung des Hubwerkes Elektroantriebes verglichen werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Körper eine Seiltrommel ist und in den Auswerteinheiten die Werte der Überdrehzahl als Funktion der zu hebenden Last hinterlegt sind.
Eine besonders einfache gegenseitige Überprüfbarkeit der Auswerteeinheiten wird dadurch erreicht, dass die Auswerteinheiten in Funktion und Hardware redundant ausgelegt sind.
Vorteilhafter Weise können die Auswerteinheiten in einer einzigen fehlersicheren Auswerteeinheit zusammengefasst werden.
Auch wird die durchgehend verwendete Redundanz, dadurch erhalten, dass die Sensoren jeweils mit einer Sendeeinheit verbunden sind, jede der Sendeeinheiten über eine eigene Übertragungsstrecke mit jeweils einer Empfangseinheit verbunden sind, die wiederum an der zugehörigen Auswerteinheit angeschlossen sind.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die beiden Auswerteeinheiten die absoluten Positionswerte der beiden Absolutwertgeber ständig aktualisieren und die aktuellen Positionsistwerte mit fest in den Auswerteeinheiten hinterlegten Positionssollwerten des Fahrweges vergleichen. Das Versagen eines Absolutwertgebers wird erkannt und gemeldet, der elektrische
Sicherheitskreis wird gegebenenfalls abgeschaltet.
Eine Sicherheitsschaltung nach der Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen wird anhand der nachfolgenden Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Schaltungsanordnung einer Sicherheitsschaltung für einen als Fahrmotor eines Brückenkrans ausgebildeten Elektroantrieb,
Figur 2 eine schematische Schaltungsanordnung einer Sicherheitsschaltung für einen als Hubwerksmotor ausgebildeten Elektroantrieb und
Figur 3 eine Sicherheitsschaltung gemäß Figur 2 in einer alternativen Ausführungsform.
In der Figur 1 ist eine schematische Schaltungsanordnung einer
Sicherheitsschaltung für einen als Fahrmotor eines Brückenkrans ausgebildeten Elektroantrieb 12 gezeigt. Diese Schaltungsanordnung ist selbstverständlich auch auf einen Katzfahrantrieb übertragbar. Die Verbindung zwischen der Gerätesteuerung 3 und dem Stromrichter 1 zur Eingabe der Fahrbefehle ist durch die Leitung 6 angedeutet. Die Auswerteeinheiten für die Position des Kranes beziehungsweise dessen angetriebenen Körpers in Form eines Radblocks 11 sind mit 2.1 und 2.2 bezeichnet. Bei den Auswerteeinheiten 2.1 und 2.2 handelt es sich um jeweils selbstständige Rechnereinheiten. Jeweils eine dieser Einheiten 2.1 und 2.2 besteht aus einem Netzteil zur Spannungsversorgung, einer CPU zur Bearbeitung von logischen Befehlen, einem Speicher zur Ablage der Programmbefehle, Ein- und Ausgabemodulen zur Bearbeitung von Signalen und
Messgrößen sowie einem internen Kommunikationsbus, welcher die CPU, Speichermedium und Ein- und Ausgabemodule verbindet. Beide Auswerteeinheiten 2.1 und 2.2 sind identisch aufgebaut.
Um für den vorliegenden Fall die Anforderungen der aus der Risikobetrachtung nach EN95471 festgelegten Kategorie 3 zu erfüllen, wird auf der Abtriebsseite, parallel zur Bewegung der Achse des Radblockes 11 zusätzlich zu einem vorhandenen Absolutwertgeber 8.1 ein zweiter Absolutwertgeber 8.2, die die Position des Krans erfassen, angebaut. Diese Absolutwertgeber 8.1 , 8.2 können beispielsweise als entlang der Fahrstrecke angeordneter Transponder und einer im
Bereich des Radblocks 11 angeordneten Antenne ausgebildet sein. Jede andere Art der berühungslosen Positionserfassung kann hier auch verwendet werden. Auch ist es möglich, eine Zahnstange entlang der Fahrstrecke anzuordnen, die mit einem Zahnrad kämmt, das im Bereich des Radblocks 11 befestigt ist und dessen Drehbewegungen von einem Sensor erfasst werden. Die Auswertung dieser redundanten Sensorgruppe erfolgt ebenfalls mit den zwei, sich gegenseitig überwachenden Auswerteeinheiten 2.1 und 2.2. Diese Einheiten 2.1 und 2.2 sind redundant in Funktion und Hardware ausgelegt und übernehmen mit dem redundanten Positionserfassungssystem mit den Absolutwertgebern 8.1 und 8.2 die Aufgaben der konventionellen mechanischen bzw. elektrotechnischen Endschalter.
Der Absolutwertgeber 8.1 und 8.2 liefert kontinuierliche Messwerte entlang einer abgefahrenen Strecke. Diese Messwerte sind proportional und stetig und können zur Längenmessung oder Positionsfeststellung benutzt werden. Die Auswerteeinheiten 2.1 und 2.2 fragen gleichzeitig den Zustand der Stellglieder für den Stromrichter 1 die Sicherheitskreise ab, um somit die sichere Funktion der
Stellglieder zu gewährleisten. Dieser redundante Positionserfassungs-, Auswerte- Abschaltaufbau erfüllt die Forderung der Kategorie 3 nach EN954.T1 , d.h. das Versagen eines Gebers 8.1 oder 8.2 wird erkannt, gemeldet und gegebenenfalls die Bewegung der vom Motor 12 über das Getriebe 10 angetriebenen Achse des Radblocks 11 durch Abschaltung des Motors 12 durch Sicherheitsabschaltelemente 16, 17 beendet. Dabei wird jeder einzelne Fehler in den Geberkreisen erkannt. Durch die Rückmeldung 5.1 bzw. 5.2 aus den Stellgliedern für den Stromrichter 1 in die beiden Teile der Auswerteeinheit 2.1 und 2.2 ist ebenfalls die Einfehlersicherheit gewährleistet. Das Stellglied oder auch Schaltschütz schaltet mittels einer Steuerspannung eine Betätigungsspule, welche den eigentlichen Wirkstromkreis öffnet oder schließt. Je nach Ausführung eines Stellgliedes bezeichnet man dieses als Öffner oder Schließer. Der Stromrichter 1 steuert den Elektromotor an und regelt dessen Laufverhalten. Durch Aufbereiten von Strom, Spannung stellt der Stromrichter 1 jederzeit die richtigen Momente und Drehzahlen für den Elektromotor zur Verfügung.
Die Auswerteeinheiten 2.1 und 2.2 aktualisieren ständig ihre absoluten Positionswerte durch die beiden Absolutwertgeber 8.1 und 8.2. Mit dem in diesen Auswerteeinheiten fest hinterlegten Positionswert des Bahnendes werden die aktuell einlaufenden Positionsistwerte verglichen. Bei Annäherung der Werte,
Positionswert des Bahnendes und momentanen durch den Geber gelieferten Positionsistwert verringern die Auswerteeinheiten 2.1 bzw. 2.2 proportional zu dieser Näherung die Schaltpunkte auf ihren Abschaltkurven. Bei Wertgleichheit schalten die Auswerteeinheiten 2.1 bzw. 2.2 unabhängig von weiteren Schaltebenen bzw. anderen logischen Zuständen den Wert auf Null, so dass hierdurch die
Achsbewegung des Radblocks 1 beendet wird.
Beide Teile der Auswerteeinheit 2.1 und 2.2 arbeiten nach dem Prinzip der gegenseitigen Überprüfung 4 der jeweils eigen getroffenen logischen Entscheidung und der logisch positive Zustand, also die Freigabe zum Verfahren der Achse des
Radblocks 11, wird nur mit gegenseitiger Zustimmung 4 der Auswerteeinheiten aufrechterhalten ("Undierung"). Dagegen wird der Abbruch des logisch positiven Zustands schon alleine, also ohne gegenseitige Zustimmung der Auswerteeinheiten 2.1 , 2.2 durchgeführt. Jeder einzelne Teil der Auswerteeinheit 2.1 bzw. 2.2 kann also für sich einen Abbruch erzwingen ("Veroderung"). Letztlich überprüfen beide
Auswerteeinheiten ihren 11 Live" - Status und dadurch ihre Kommunikationsverbindungen 4.
In der Figur 2 ist eine schematische Schaltungsanordnung einer Sicherheitsschaltung für einen als Hubwerksmotor ausgebildeten Elektroantrieb 12 gezeigt. Mit 1 ein Stromrichter bezeichnet, der von einer Gerätesteuerung 3 Befehle
6 für den Hubwerksmotor 12 erhält. Der Stromrichter 1 steuert den als frequenzgesteuerten Drehstrommotor ausgebildeten Hubwerksmotor 12 an und regelt dessen Laufverhalten. Durch Aufbereiten von Strom, Spannung stellt der Stromrichter 1 jederzeit die richtigen Momente und Drehzahlen für den Hubwerksmotor 12 zur Verfügung. Über den Stromrichter 1 wird auch eine
Lastmessung der von dem Hubwerksmotor 12 angehobenen bzw. abgesenkten Last mittels eines Stromaufnahmevergleichs vorgenommen. Da im Stromrichter 1 fortwährend der Strom gemessen wird und dieser proportional zu gehobenen Last ist, kann man den Strom auf ein Lastgewicht normieren und somit hierüber das Lastgewicht bestimmen. Auch wäre für die Lastmessung eine Anordnung eines zusätzlichen Sensors an dem Hubwerk möglich. Mit 2.1 und 2.2 sind zwei Auswerteeinheiten bezeichnet, die ihre Rückmeldungen 5.1 und 5.2 aus den Stellgliedern des Stromrichters 1 erhalten. Bei den Auswerteeinheiten 2.1 und 2.2 handelt es sich um jeweils selbstständige Rechnereinheiten. Jeweils eine dieser Auswerteeinheiten 2.1 und 2.2 besteht aus einem Netzteil zur
Spannungsversorgung, einer CPU zur Bearbeitung von logischen Befehlen, einem Speicher zur Ablage der Programmbefehle, Ein- und Ausgabemodulen zur Bearbeitung von Signalen und Messgrößen sowie einem internen Kommunikationsbus, welcher die CPU, Speichermedium und Ein- und Ausgabemodule verbindet. Beide Auswerteeinheiten 2.1 und 2.2 sind identisch aufgebaut. Kommunikation und Vergleiche zwischen den Auswerteeinheiten 2.1 und 2.2 sind mit der Kommunikationsverbindung 4 angedeutet. Mit 7.1 , 7.2 und 7.3 sind Impulsgeber des Hubwerkes bezeichnet. Die Impulsgeber 7.1 und 7.2 sind als Impulsdrehgeber oder auch Inkrementalgeber ausgebildet, die kontinuierlich aufsteigende oder abfallende Messwerte der Umdrehung von der Hubwerksachse, d.h. der Welle des Hubwerksmotors beziehungsweise der Abtriebswelle des Getriebes 10 oder der Welle der Seiltrommel 9, liefern. Diese Messwerte sind proportional und stetig sowie werden zur Drehzahlbestimmung verwendet. Mit zusätzlichen Referenzpunkten könnten über die Impulsgeber 7.1 und 7.2 auch Wege gemessen werden. Die Messwerte der Impulsgeber 7.1 und 7.2 sind flüchtig, d.h. nach Spannungswiederkehr wird neu erfasst beziehungsweise gezählt, ohne aber den alten Wert, der vor der Spannungsabschaltung existierte, zu kennen. Mit
8.1 und 8.2 werden redundante Absolutwertgeber beziffert, die der Positionsüberwachung der Hubwerkachse dienen. Der Absolutwertgeber 8.1 und
8.2 liefert jeweils kontinuierliche Messwerte entlang einer Wickelstrecke. Diese Messwerte sind proportional und stetig sowie können zur Längenmessung benutzt werden. Das Hubwerk weist eine Seiltrommel 9 auf, die über einen Getriebeblock 10 von dem Hubwerkmotor 12 angetrieben wird. Die Absolutwertgeber 8.1 und 8.2 sind hierbei dem Getriebeblock 10 zugeordnet.
Wie gezeigt, ist auf der Abtriebsseite der Hubwerksachse am Getriebeblock 10, ein dritter Impulsgeber 7.3 angebaut zusätzlich zu dem auf der Antriebsseite vorgesehenen Impulsgeber 7.2.
Zusammen mit den zwei Absolutwertgebern 8.1 , 8.2 für die Positionsüberwachung an der Hubwerksachse des Getriebeblocks 10, wird die redundante
Impulsgebergruppe 7.1 und 7.2 ebenfalls durch die Auswerteeinheiten 2.1 , 2.2 bearbeitet. Hier erfolgt die Feststellung der Drehzahl an der Hubwerksachse, die bei herkömmlichen Sicherheitssystemen nach dem Stand der Technik mit dem konventionellen Fliehkraftgeber erfasst wurde. Die fortlaufend über die Inkremente der beiden Impulsgeber 7.1 , 7.2 redundant errechnete Drehzahl wird gegenseitig und mit dem in den Auswerteeinheiten 2.1 , 2.2 hinterlegten Wert der Überdrehzahl bei 4 verglichen. Die Überdrehzahl wird in den Auswerteinheiten 2.1 , 2.2 als Funktion der von dem Hubwerk zu hebenden Last hinterlegt. Die an dem Hubwerk anstehende Last wird wie zuvor beschrieben über den Stromrichter 1 über eine Strommessung oder entsprechende Sensoren ermittelt, so dass in der
Auswerteeinheit 2.1 , 2.2 jeweils die zuvor festgelegte Überdrehzahl zu der aktuellen Last abrufbar ist. Bei Erreichen der kritischen Überdrehzahl schalten die Auswerteeinheiten 2.1 , 2.2 über die Sicherheitsabschaltelemente 16, 17 das Stellglied für den Stromrichter 1 des Hubwerks ab und beenden die Achsbewegung der Seiltrommel 9. Die Sicherheitsabschaltelemente 16, 17 sind als Schütze ausgebildet.
Durch die redundante Drehzahlerfassung und unter Verwendung des momentanen
Last-Istwertes in der Auswerteeinheit 2.1 , 2.2 ist es mit der Erfindung möglich, bei lastabhängiger Hubgeschwindigkeit das Erreichen der Überdrehzahl früher, also rechtzeitig zu erkennen und die Bewegung der Hubwerksachse der Hubtrommel 9 bei jeder möglichen, lastabhängigen Geschwindigkeit abzuschalten.
Dieser redundante Inkremental-Impulsgeber 7.1 , 7.2 und Absolutwertgeberaufbau 8.1 , 8.2 für ein Hubwerk mit Seiltrommel 9, Getriebeblock 10 und Hubwerkmotor 12 erfüllt die Forderung der Kategorie 3 nach der Europäischen Zulassung EN954.T1 für Hubwerke. Der Ausfall eines Gebers 7.1 , 7.2, 8.1 , 8.2 führt zum Erkennen des fehlerhaften Zustands, er wird sofort gemeldet und führt zur Abschaltung der Hubwerksachse durch die Sicherheitsabschaltelemente. Jeder einzelne Fehler in den Geberkreisen 7.1 , 7.2, 8.1 , 8.2 wird bearbeitet. Durch die Rückmeldung 5.1 , 5.2 aus den Stellgliedern des Stromrichters 1 in die beiden Teile der Auswerteeinheit
2.1 , 2.2 ist die Einfehlersicherheit stets gewährleistet.
In der Figur 3 ist die Sicherheitsschaltung gemäß Figur 2 in einer alternativen Ausführungsform dargestellt. Im Wesentlichen kann daher auf die Beschreibung zu Figur 2 verwiesen werden. Nachfolgend werden nur die Unterschiede beschrieben.
Die Auswerteinheiten 2.1 , 2.2 sind hier zu einer einzigen fehlersicheren Auswerteeinheit 2.1 zusammengefasst, die vollständig die Funktionen der Auswerteinheiten 2.1 , 2.2 und der Kommunikationsverbindung 4 übernimmt. Des Weiteren sind die Sensoren 7.1 , 7.2, 8.1 , 8.2 nicht direkt mit den Auswerteinheiten 2.1 , 2.2 verbunden, sondern jeweils mit einer Sendeeinheit 13.1 , 13.2. Jede der
Sendeeinheiten 13.1, 13.2 ist über eine einzige Übertragungsstrecke 15.1 , 15.2 mit jeweils einer Empfangseinheit 14.1 , 14.2 verbunden, die wiederum an der zugehörigen Auswerteinheit 2.1 angeschlossen sind. Bei dieser Ausgestaltung der Auswerteinheit 2.1 reicht ein einziges Sicherheitsabschaltelement 16 aus.
Bezuqszeichenliste
1 Stromrichter
2.1 Auswerteeinheit
2.2 Auswerteeinheit
3 Gerätesteuerung
4 Kommunikationsverbindung
5.1 Rückmeldung der Auswerteeinheit 2.1
5.2 Rückmeldung der Auswerteeinheit 2.2
6 Befehle der Steuerung
7.1 Impulsgeber
7.2 Impulsgeber
8.1 Absolutwertgeber
8.2 Absolutwertgeber
9 Seiltrommel
10 Getriebeblock
11 Radblock
12 Elektroantrieb
13.1 Sendeeinheit
13.2 Sendeeinheit
14.1 Empfangseinheit
14.2 Empfangseinheit
15.1 Ü bertrag ungsstrecke
15.2 Ü bertrag u ngsstrecke
16 Sicherheitsabschaltelement
17 Sicherheitsabschaltelement

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Sicherheitsabschalten von Elektroantrieben, insbesondere von frequenzgesteuerten Drehstrom-Kranmotoren, in dem Signale von mindestens einem Sensor, der die von dem Elektroantrieb bewirkten Bewegungen erfasst, in einer Auswerteeinheit mit einem vorgewählten Grenzwert verglichen werden und über die Auswerteeinheit zur Bereitstellung der Funktion eines Endschaltelements für den Fall der Überschreitung des vorgewählten Grenzwertes der Elektroantrieb sicherheitsabgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale der Sensoren (7.1 , 7.2, 8.1, 8.2) redundant erfasst werden und in Auswerteeinheiten (2.1 , 2.2) redundant mit vorgewählten Grenzwerten verglichen werden, so dass ohne Verwendung von mechanischen Endschaltern für den Fall der Überschreitung des vorgewählten Grenzwertes der Elektroantrieb (12) redundant sicherheitsabgeschaltet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Signale der redundanten Sensoren (7.1 , 7.2, 8.1 , 8.2) jeweils zugeordneten redundanten Auswerteeinheiten (2.1 , 2.2) zugeführt und dort ausgewertet werden sowie bei einer Abweichung der jeweiligen Signale der Sensoren (7.1 , 7.2, 8.1 , 8.2) voneinander der Elektroantrieb (12) durch Sicherheitsabschaltelemente (16, 17) sicherheitsabgeschaltet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die redundanten Auswerteeinheiten (2.1 , 2.2) sich gegenseitig überwachen und bei einer Abweichung ihrer Abschaltsignale voneinander der Elektroantrieb (12) durch Sicherheitsabschaltelemente (16, 17) sicherheitsabgeschaltet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass über redundante Sensoren (7.1 , 7.2) die Drehzahl eines von dem
Elektroantrieb (12) bewegten Körpers, insbesondere einer Seiltrommel (9) und/oder eines Laufrades (11), erfasst werden und über weitere redundante Sensoren (8.1, 8.2) die Position des von dem Elektroantrieb (12) bewegten Körpers, insbesondere einer Seiltrommel (9) und/oder eines Laufrades (11), erfasst werden.
5. Vorrichtung zum Sicherheitsabschalten von Elektroantrieben, insbesondere von frequenzgesteuerten Drehstrom-Kranmotoren und insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach den vorgenannten Ansprüchen 1 bis 4, mit mindestens einem Sensor, der die von dem Elektroantrieb bewirkten Bewegungen erfasst, mit einer die Signale des Sensors verarbeitenden
Auswerteeinheit zum Vergleich der Signale des Sensors mit einem vorgewählten Grenzwert und zur Sicherheitsabschaltung des Elektroantriebs in Bereitstellung der Funktion eines Endschaltelements für den Fall der Überschreitung des vorgewählten Grenzwertes, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (7.1, 7.2, 8.1 , 8.2) und die Auswerteeinheit (2.1 , 2.2) redundant vorgesehen sind und jeweils einer der redundanten Sensoren (7.1 , 7.2, 8.1 , 8.2) einer der Auswerteeinheiten (2.1 , 2.2) zugeordnet ist, in den Auswerteeinheiten (2.1 , 2.2) die Signale der Sensoren (7.1 , 7.2, 8.1 , 8.2) mit den vorgewählten Grenzwerten verglichen werden und von denen für den Fall der Überschreitung des vorgewählten Grenzwertes ohne Verwendung von mechanischen Endschaltern der Elektroantrieb (12) redundant sicherheitsabgeschaltet wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die redundanten
Auswerteeinheiten (2.1 , 2.2) über eine Kommunikationsverbindung (4) zur gegenseitigen Überwachung miteinander verbunden sind, in den jeweils zugeordneten redundanten Auswerteeinheiten (2.1, 2.2) die Signale der jeweils redundanten Sensoren (7.1 , 7.2, 8.1, 8.2) verglichen werden und die Auswerteeinheiten (2.1, 2.2) bei einer Abweichung der jeweiligen Signale der
Sensoren (7.1 , 7.2, 8.1 , 8.2) voneinander den Elektroantrieb (12) Sicherheitsabschaltelemente (16, 17) sicherheitsabschalten.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die redundanten Auswerteeinheiten (2.1, 2.2) über eine
Kommunikationsverbindung (4) zur gegenseitigen Überwachung miteinander verbunden sind und bei einer Abweichung ihrer Abschaltsignale voneinander den Elektroantrieb (12) Sicherheitsabschaltelemente (16, 17) sicherheitsabschalten.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass erste redundante Sensoren (7.1 , 7.2) für die Erfassung der Drehzahl eines von dem Elektroantrieb (12) bewegten Körpers, insbesondere einer Seiltrommel (9) und/oder einem Laufrad (11), dem Körper zugeordnet sind und zweite redundante Sensoren zur Erfassung der Position des von dem Elektroantrieb (12) bewegten Körpers, insbesondere eine Seiltrommel (9) und/oder ein Laufrad (11), dem Körper zugeordnet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Elektroantrieb (12) abtriebsseitig mindestens zwei Absolutwertgeber (8.1 , 8.2) für eine redundante Positionserfassung zugeordnet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Auswerteeinheiten (2.1 , 2.2) die absoluten Positionswerte der beiden Absolutwertgeber (8.1 , 8.2) ständig aktualisieren und die aktuellen Positionsistwerte mit fest in den Auswerteeinheiten (2.1 , 2.2) hinterlegten
Positionssollwerten eines Fahrweges oder Ab-/Aufrollweges eines Seils vergleichen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Annäherung der momentan durch die Absolutwertgeber (8.1, 8.2) gelieferten
Positionsistwerte an den das Ende des Fahrweges bzw. des Ab-/Aufrollweges definierenden Positionswert, die Auswerteeinheiten (2.1 , 2.2) die Schaltpunkte auf ihren Abschaltkurven proportional zu dieser Annäherung verringern.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Impulsgeber (7.1 ) antriebsseitig und mindestens ein Impulsgeber (7.2) abtriebsseitig dem Körper (9, 11) zugeordnet sind, in jeder der Auswerteinheiten (2.1 , 2.2) redundant fortlaufend über die Inkremente der antriebs- und abtriebsseitigen Impulsgeber (7.1 , 7.2) die Drehzahl der Körperachse errechnet und mit einem in der Auswerteinheit (2.1 , 2.2) hinterlegten Wert einer Überdrehzahl zur Sicherheitsabschaltung des Elektroantriebes verglichen werden.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper eine Seiltrommel (9) ist und in den Auswerteinheiten (2.1 , 2.2) die Werte der
Überdrehzahl als Funktion der zu hebenden Last hinterlegt sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinheiten (2.1 , 2.2) in Funktion und Hardware redundant ausgelegt sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinheiten (2.1 , 2.2) in einer einzigen fehlersicheren Auswerteeinheit zusammengefasst sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (7.1, 7.2, 8.1, 8.2) jeweils mit einer Sendeeinheit (13.1, 13.2) verbunden sind, jede der Sendeeinheiten (13.1, 13.2) über eine eigene Übertragungsstrecke (15.1, 15.2) mit jeweils einer Empfangseinheit (14.1, 14.2) verbunden ist, die wiederum an der zugehörigen Auswerteinheit (2.1, 2.2) angeschlossen ist.
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